UG NX 12.0数控加工教程 课件 第01、2章 数控加工基础、UG NX 12.0数控加工入门

UGNX12.0数控加工教程UGNX12.0工程应用精解丛书第1章数控加工基础

本章主要介绍数控加工的基础知识，内容包括数控编程和数控机床简述、数控加工工艺基础、高度与安全高度、数控加工的补偿、轮廓控制、顺铣与逆铣以及加工精度等。1.1数控加工概论数控技术即数字控制技术（NumericalControlTechnology），是指用计算机以数字指令的方式控制机床动作的技术。数控加工具有产品精度高、自动化程度高、生产效率高以及生产成本低等特点，在制造业中，数控加工是所有生产技术中相当重要的一环。尤其是汽车或航空航天产业零部件，其几何外形复杂且精度要求较高，更突出了数控加工技术的优点。数控加工技术集传统的机械制造、计算机、信息处理、现代控制、传感检测等光、机、电技术于一体，是现代机械制造技术的基础1.2数控编程简述数控编程一般可以分为手工编程和自动编程两种。手工编程是指从零件图样分析、工艺处理、数值计算、编写程序单到程序校核等各步骤的数控编程工作均由人工完成。该方法适用于零件形状不太复杂、加工程序较短的情况，而形状复杂的零件，如具有非圆曲线、列表曲面和组合曲面的零件，或形状虽不复杂但程序很长的零件，则比较适合于自动编程。自动数控编程是从零件的设计模型（即参考模型）直接获得数控加工程序，其主要任务是计算加工进给过程中的刀位点（CutterLocationPoint，CL点），从而生成CL数据文件。采用自动编程技术可以帮助人们解决复杂零件的数控加工编程问题，其大部分工作由计算机来完成，使编程效率大大提高，还能解决手工编程无法解决的许多复杂零件的加工编程问题。1.3数控机床/1.3.1数控机床的组成数控机床的种类很多，但任何一种数控机床都主要由数控系统、伺服系统和机床主体三大部分以及辅助控制系统等组成。1．数控系统2．伺服系统3．机床主体图1.3.2数控加工中心图1.3.1数控铣床1.3数控机床/1.3.2数控机床的特点高精度高效率高柔性大大减轻了操作者的劳动强度易于建立计算机通信网络初期投资大，加工成本高1.3数控机床/1.3.3数控机床的分类1．按工艺用途划分2．按机床数控运动轨迹划分3．按伺服系统控制方式划分4．按联动坐标轴数划分1.3数控机床/1.3.4数控机床的坐标系数控机床的坐标系统包括坐标系、坐标原点和运动方向，它对于数控加工及编程是一个十分重要的概念。每一个数控编程员和操作者，都必须对数控机床的坐标系有一个很清晰的认识。为了使数控系统规范化及简化数控编程，ISO对数控机床的坐标系统做了若干规定。关于数控机床坐标和运动方向命名的详细内容，可参阅GB/T19660—2005的规定。图1.3.5铣床坐标系示意图1.4数控加工程序/1.4.1数控加工程序的结构数控加工程序由为使机床运转而给予数控装置的一系列指令的有序集合构成。一个完整的程序由程序起始符、程序号、程序内容、程序结束和程序结束符五部分组成。1.4数控加工程序/1.4.2数控指令数控加工程序的指令由一系列的程序字组成，而程序字通常由地址（Address）和数值（Number）两部分组成，地址通常是某个大写字母。1．语句号指令2．准备功能指令3．辅助功能指令4．其他常用功能指令1.5数控加工工艺概述/1.5.1数控加工工艺的特点数控加工工艺与普通加工工艺基本相同，在设计零件的数控加工工艺时，首先要遵循普通加工工艺的基本原则与方法，同时还需要考虑数控加工本身的特点和零件编程的要求。数控机床本身自动化程度较高，控制方式不同，设备费用也高，所以数控加工工艺具有以下六个特点。1．工艺内容具体、详细2．工艺要求准确、严密3．应注意加工的适应性4．可自动控制加工复杂表面5．工序集中6．采用先进的工艺装备1.5数控加工工艺概述/1.5.2数控加工工艺的主要内容选择适合在数控机床上加工的零件，并确定零件的数控加工内容。分析零件图样，明确加工内容及技术要求。确定零件的加工方案，制订数控加工工艺路线，如工序的划分及加工顺序的安排等。设计数控加工工序，如零件定位基准的选取、夹具方案的确定、工步的划分、刀具的选取及切削用量的确定等。调整数控加工程序，选取对刀点和换刀点，确定刀具补偿，确定刀路轨迹。分配数控加工中的容差。处理数控机床上的部分工艺指令。编写数控加工专用技术文件。1.6数控工序的安排1．工序划分的原则保证精度的原则提高生产效率的原则2．工序划分的方法（1）按零件装卡定位方式划分（2）按同一把刀具加工的内容划分（3）按粗、精加工划分1.7加工刀具的选择和切削用量的确定/1.7.1数控加工常用刀具的种类及特点数控刀具与普通机床所用刀具相比，有许多不同的要求，主要有以下特点。刚性好，精度高，抗振及热变形小。互换性好，便于快速换刀。寿命高，切削性能稳定、可靠。刀具的尺寸便于调整，以减少换刀调整时间。刀具应能可靠地断屑或卷屑，以利于切屑的排除。系列化、标准化，以利于编程和刀具管理。1.7加工刀具的选择和切削用量的确定/1.7.2数控加工刀具的选择刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。应根据机床的加工能力、加工工序、工件材料的性能、切削用量以及其他相关因素正确选用刀具和刀柄。刀具选择的总原则是适用、安全和经济。适用是要求所选择的刀具能达到加工的目的，完成材料的去除，并达到预定的加工精度。安全是指在有效去除材料的同时，不会产生刀具的碰撞和折断等，要保证刀具及刀柄不会与工件相碰撞或挤擦，造成刀具或工件的损坏。经济是指能以最小的成本完成加工。在同样可以完成加工的情形下，选择相对综合成本较低的方案，而不是选择最便宜的刀具；在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。1.7加工刀具的选择和切削用量的确定/1.7.3切削用量的确定1．背吃刀量ap2．切削宽度L3．切削线速度4．主轴转速n5．进给速度1.8高度与安全高度安全高度是为了避免刀具碰撞工件或夹具而设定的高度，即在主轴方向上的偏移值。在铣削过程中，如果刀具需要转移位置，将会退到这一高度，然后再进行G00插补到下一个进刀位置。一般情况下，这个高度应大于零件的最大高度（即高于零件的最高表面）。起止高度是指在程序开始时，刀具将先到达这一高度，同时在程序结束后，刀具也将退回到这一高度。起止高度大于或等于安全高度，如图1.8.1所示。1.9走刀路线的选择序的划分与安排一般可随走刀路线来进行，在确定走刀路线时，主要考虑以下两点。（1）对点位加工的数控机床，如钻床、镗床，要考虑尽可能使走刀路线最短，减少刀具空行程时间，提高加工效率。（2）应能保证零件的加工精度和表面粗糙度要求。1.9走刀路线的选择序的划分与安排一般可随走刀路线来进行，在确定走刀路线时，主要考虑以下两点。（1）对点位加工的数控机床，如钻床、镗床，要考虑尽可能使走刀路线最短，减少刀具空行程时间，提高加工效率。（2）应能保证零件的加工精度和表面粗糙度要求。1.10对刀点与换刀点的选择对刀点的选择原则，主要是考虑对刀方便，对刀误差小，编程方便，加工时检查方便、可靠。对刀点的设置没有严格规定，可以设置在工件上，也可以设置在夹具上，但在编程坐标系中必须有确定的位置，如图1.10.1所示的X1和Y1。对刀点既可以与编程原点重合，也可以不重合，主要取决于加工精度和对刀的方便性。当对刀点与编程原点重合时，X1=0，Y1=0。1.11数控加工的补偿/1.11.1刀具半径补偿刀具半径补偿一般只用于铣刀类刀具，当铣刀在内轮廓加工时，刀具中心向零件内偏离一个刀具半径值；在外轮廓加工时，刀具中心向零件外偏离一个刀具半径值。当数控机床具备刀具半径补偿功能时，数控编程只需按工件轮廓进行，然后再加上刀具半径补偿值，此值可以在机床上设定。程序中通常使用G41/G42指令来执行，其中G41为刀具半径左补偿，G42为刀具半径右补偿。根据ISO标准，沿刀具前进方向看去，当刀具中心轨迹位于零件轮廓右边时，称为刀具半径右补偿；反之，称为刀具半径左补偿。1.11数控加工的补偿/1.11.2刀具长度补偿根据加工情况，有时不仅需要对刀具半径进行补偿，还要对刀具长度进行补偿。程序员在编程时，首先要指定零件的编程中心，然后才能建立工件编程的坐标系，而此坐标系只是一个工件坐标系，零点一般在工件上。长度补偿只是和Z坐标有关，因为刀具是由主轴锥孔定位而不可改变的，对于Z坐标的零点就不一样了。每一把刀的长度都是不同的，例如，要钻一个深为60mm的孔，然后攻螺纹长度为55mm，分别用一把长为250mm的钻头和一把长为350mm的丝锥。先用钻头钻深60mm的孔，此时机床已经设定了工件零点。当换上丝锥攻螺纹时，如果两把刀都设定从零点开始加工，丝锥因为比钻头长而攻螺纹过长，会损坏刀具和工件。这时就需要进行刀具长度补偿。铣刀的长度补偿与控制点有关。一般用一把标准刀具的刀头作为控制点，则该刀具称为零长度刀具。长度补偿的值等于所换刀具与零长度刀具的长度差。另外，当把刀具长度的测量基准面作为控制点，则刀具长度补偿始终存在。无论用哪一把刀具都要进行刀具的绝对长度补偿。1.11数控加工的补偿/1.11.3夹具偏置补偿夹具偏置补偿可以让编程人员不考虑工件夹具的位置。当用加工中心加工小的工件时，工装上一次可以装夹几个工件，编程人员可以不用考虑每一个工件在编程时的坐标零点，而只需按照各自的编程零点进行编程，然后使用夹具偏置来移动机床在每一个工件上的编程零点。夹具偏置是使用夹具偏置指令G54～G59来执行或使用G92指令设定坐标系。当一个工件加工完成之后，加工下一个工件时使用G92来重新设定新的工件坐标系。1.12轮廓控制在数控编程中，有时需要通过轮廓来限制加工范围，而某些刀轨的生成中，轮廓是必不可少的因素，缺少轮廓将无法生成刀路轨迹。轮廓线需要设定其偏置补偿的方向，对于轮廓线会有三种参数选择，即刀具在轮廓上、轮廓内或轮廓外。（1）刀具在轮廓上（On）：刀具中心线始终完全处于轮廓上，如图1.12.1a所示。（2）刀具在轮廓内（To）：刀具轴将触到轮廓，相差一个刀具半径，如图1.12.1b所示。（3）刀具在轮廓外（Past）：刀具完全越过轮廓线，超过轮廓线一个刀具半径，如图1.12.1c所示。1.13顺铣与逆铣在加工过程中，铣刀的进给方向有两种：顺铣和逆铣。对着刀具的进给方向看，如果工件位于铣刀进给方向的左侧，则进给方向称为顺时针，当铣刀旋转方向与工件进给方向相同，即为顺铣，如图1.13.1a所示。如果工件位于铣刀进给方向的右侧时，则进给方向定义为逆时针，当铣刀旋转方向与工件进给方向相反，即为逆铣，如图1.13.1b所示。1.14加工精度机械加工精度是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状及相互位置）与理想几何参数符合的程度，符合程度越高，精度越高。两者之间的差异即加工误差。加工误差是指加工后得到的零件实际几何参数偏离理想几何参数的程度（图1.14.1），加工后的实际型面与理论型面之间存在着一定的误差。加工精度和加工误差是评定零件几何参数准确程度这一问题的两个方面。加工误差越小，则加工精度越高。实际生产中，加工精度的高低往往是以加工误差的大小来衡量的。在生产过程中，任何一种加工方法所能达到的加工精度和表面粗糙度都是有一定范围的，不可能也没必要把零件做得绝对准确，只要把加工误差控制在性能要求的允许（公差）范围之内即可，通常称之为经济加工精度。第2章UGNX12.0数控加工入门UGNX12.0的加工模块为用户提供了非常方便、实用的数控加工功能，本章将通过一个简单零件的加工来说明UGNX12.0数控加工操作的一般过程。通过对本章的学习，希望读者能够清楚地了解数控加工的一般流程及操作方法，并了解其中的原理。2.1UGNX12.0数控加工流程UGNX12.0能够模拟数控加工的全过程，其一般流程（图2.1.1）如下。（1）创建制造模型，包括创建或获取设计模型以及工件规划。（2）进入加工环境。（3）进行数控操作（如创建程序、几何体、刀具等）。（4）创建刀具路径文件，进行加工仿真。（5）利用后处理器生成数控代码。2.2进入UGNX12.0的加工模块在进行数控加工操作之前，首先需要进入UGNX12.0数控加工环境图2.2.2“加工环境”对话框加工环境中的所有操作模板类型。必须在此指定一种操作模板类型，不过在进入加工环境后，可以随时改选此环境中的其他操作模板类型。2.3创建程序程序主要用于排列各加工操作的次序，并可方便地对各个加工操作进行管理，某种程度上相当于一个文件夹。例如，一个复杂零件的所有加工操作（包括粗加工、半精加工和精加工等）需要在不同的机床上完成，将在同一机床上加工的操作放置在同一个程序组，就可以直接选取这些操作所在的父节点程序组进行后处理。图2.3.1“创建程序”对话框2.4创建几何体/2.4.1创建机床坐标系创建几何体主要是定义要加工的几何对象（包括部件几何体、毛坯几何体、切削区域、检查几何体、修剪几何体）和指定零件几何体在数控机床上的机床坐标系（MCS）。几何体可以在创建工序之前定义，也可以在创建工序过程中指定。其区别是提前定义的加工几何体可以为多个工序使用，而在创建工序过程中指定加工几何体只能为该工序使用。在创建加工操作前，应首先创建机床坐标系，并检查机床坐标系与参考坐标系的位置和方向是否正确，要尽可能地将参考坐标系、机床坐标系、绝对坐标系统一到同一位置。图2.4.1“创建几何体”对话框图2.4.2“MCS”对话框图2.4.6机床坐标系创建此坐标系2.4创建几何体/2.4.2创建安全平面设置安全平面可以避免在创建每一道工序时都设置避让参数。可以选取模型的表面或者直接选择基准面作为参考平面，然后设定安全平面相对于所选平面的距离。2.4创建几何体/2.4.3创建工件几何体部件几何体毛坯几何体2.4创建几何体/2.4.4创建切削区域几何体指定具体要加工的区域，可以是零件几何的部分区域；如果不指定，系统将认为是整个零件的所有区域。2.5创建刀具在创建工序前，必须设置合理的刀具参数或从刀具库中选取合适的刀具。刀具的定义直接关系到加工表面质量的优劣、加工精度以及加工成本的高低。2.6创建加工方法在零件加工过程中，通常需要经过粗加工、半精加工、精加工三个步骤，而它们的主要差异在于加工后残留在工件上的余料的多少以及表面粗糙度。在加工方法中可以通过对加工余量、几何体的内外公差和进给速度等选项进行设置，从而控制加工残留余量。2.7创建工序在UGNX12.0加工中，每个加工工序所产生的加工刀具路径、参数形态及适用状态有所不同，所以用户需要根据零件图样及工艺技术状况，选择合理的加工工序。2.8生成刀路轨迹并确认刀路轨迹是指在图形窗口中显示已生成的刀具运动路径。刀路确认是指在计算机屏幕上对毛坯进行去除材料的动态模拟。2.9生成车间文档UGNX提供了一个车间工艺文档生成器，它从NCpart文件中提取对加工车间有用的CAM文本和